ブラックスタート

ブラックスタートとは、完全なまたは部分的なシャットダウンから回復するために、外部の電力伝送ネットワークに依存せずに、発電所または送電網の一部を稼働状態に戻すプロセスです。

通常、プラント内で使用される電力は、ステーションの発電機から供給されます。発電所のすべての主発電機が停止した場合、発電所の送電線を介して送電網から電力を引き込むことにより、駅のサービス電力が供給されます。ただし、広域停電時には、グリッドからのオフサイト電源は利用できません。グリッド電源が存在しない場合は、いわゆるブラックスタートを実行して、電源グリッドを動作状態にブートストラップする必要があります。

ブラックスタートを提供するために、一部の発電所には、通常ブラックスタートディーゼル発電機 （BSDG）と呼ばれる小型のディーゼル発電機があり、これを使用してより大きな発電機（容量数メガワット）を起動し、メインの起動に使用できます発電所の発電機。蒸気タービンを使用した発電所では、ボイラー給水ポンプ、ボイラー強制ドラフト燃焼送風機、および燃料の準備のために、最大容量の10％のステーションサービス電力が必要です。各ステーションでこのような大きなスタンバイ容量を提供することは不経済であるため、指定されたタイラインを介して別のステーションからブラックスタート電源を供給しなければなりません。多くの場合、水力発電所は、ネットワークの相互接続を復元するためのブラックスタートソースとして指定されています。水力発電所は、始動の目的で初期電力をほとんど必要とせず（取水口を開き、発電機の界磁コイルに励起電流を供給するのに十分）、化石の始動を可能にするために非常に迅速に大きな電力ブロックをオンラインに入れることができます。燃料または原子力ステーション。特定のタイプの燃焼タービンは、ブラックスタート用に構成でき、適切な水力発電所のない場所で別のオプションを提供できます。 2017年、南カリフォルニアの公益企業は、バッテリーベースのエネルギー貯蔵システムを使用してブラックスタートを実現し、コンバインドサイクルガスタービンをアイドル状態から起動することに成功しました。

ブラックスタートシーケンス

ブラックスタートの1つの方法（実際のシナリオに基づく）は、次のとおりです。

バッテリーは、水力発電所に設置された小さなディーゼル発電機を始動します。
ディーゼル発電機からの電力は、発電所を稼働させるために使用されます。
ステーションと他のエリアとの間の主要な送電線が通電されています。
発電所からの電力は、原子力/化石燃料を使用したベースロードプラントの1つを起動するために使用されます。
基本負荷プラントからの電力は、システム内の他のすべての発電プラントを再起動するために使用されます。

最終的に電力は一般的な配電網に再適用され、消費者に送られます。多くの場合、これは徐々に起こります。グリッド全体を一度に開始することは実行不可能な場合があります。特に、夏季の長時間の停電の後、すべての建物は暖かくなり、電力がすぐに回復した場合、空調ユニットだけからの需要はグリッドが供給できる量を超えます。寒い気候では、冬には暖房装置を使用して同様の問題が発生する可能性があります。

大規模なグリッドでは、ブラックスタートは、多くの場合、世代の複数の「島」を開始し（それぞれがローカルのロードエリアを提供）、次にこれらの島を同期および再接続して完全なグリッドを形成します。関係する発電所は、グリッドが再接続されるときに負荷の大きなステップ変化を受け入れられる必要があります。

ブラックスタートを開始する方法は複数あります。水力発電ダム、ディーゼル発電機、オープンサイクルガスタービン、圧縮空気貯蔵などです。コスト、複雑さ、ローカルリソースの利用可能性（ダムに適した谷など）、他の生成ネットワークとの相互接続性、ブラックスタートプロセスに必要な応答時間などの要因に応じて、生成ネットワークごとに異なるアプローチを取ります。

ブラックスタートサービスの調達

英国では、ブラックスタート設備は通常のグリッド運用では経済的でない場合が多いことを認識して、グリッドオペレーターは一部の発電機とブラックスタート容量を提供する商業契約を締結しています。 CEGB時代の発電所では、完全な発電ユニットを運転するのに必要なプラント全体を稼働できる多数のオープンサイクルガスタービン（熱回収モジュールが接続されていない）が一般的です。これらは通常、ディーゼル発電機によって起動され、バッテリーバックアップによって順番に供給されます。これらのガスタービンは、最高速度に達すると、発電所の他の部分に関連するプラント全体を稼働できるため、他のソースから電力を取り込む必要がなくなります。

北米の独立系システムオペレーターでは、ブラックスターティングの調達は多少異なります。従来、ブラックスタート機能は統合されたユーティリティによって提供され、費用は料金支払者からの費用回収のために幅広い関税に転じられました。組織化された電力市場の一部ではない分野では、これは依然として通常の調達メカニズムです。規制緩和された環境では、このコストベースのプロビジョニングの遺産が存続し、規制緩和された管轄区域にはバイアスがありますが、ISOニューイングランドなどのブラックスタート調達慣行の最近のオーバーホールさえ競争調達に必ずしも移行していませんサービスコスト（COS）ソリューションではなく、市場ソリューション向け。

米国では、現在、ブラックスタートを調達する3つの方法があります。最も一般的であるのは、最も単純で従来の方法であるため、サービスコストです。現在、California Independent System Operator（CAISO）、PJM Interconnection、およびNew York Independent System Operator（NYISO）によって使用されています。正確なメカニズムは多少異なりますが、同じアプローチが使用されます。つまり、ユニットはブラックスタート用に識別され、文書化されたコストは資金調達され、コスト回収のために料金に組み込まれます。 2番目の方法は、ニューイングランドの独立システムオペレータ（ISO-NE）が使用する新しい方法です。新しい方法論は定額の支払いであり、ブラックスタート報酬を増やして提供を促進します。発電機に支払われる毎月の補償は、定額（$ / KWyrで、$ Y値と呼ばれる）にその月のユニットの月間請求能力を掛けることによって決定されます。この変更の目的は、調達を簡素化し、ブラックスタートサービスの提供を促進することでした。

調達の最終的な方法は、テキサス州電気信頼性評議会（ERCOT）で使用されている競合調達です。このアプローチの下で、ERCOTはブラックスタートサービスの市場を運営しています。関心のある参加者は、ユニットの容量とは無関係に、可用性入札と呼ばれることが多い、1時間あたりのスタンバイコストを1時間あたり$ 70（たとえば、1時間あたり70ドル）で提出します。さまざまな基準を使用して、ERCOTはこれらの入札を評価し、選択されたユニットは入札として支払われます。各ブラックスタートユニットは、グリッドの単独運転と同期を開始するために、近接した別のユニットを起動できることを実証できる必要があります。

他の管轄区域では、調達方法が異なります。ニュージーランドのシステムオペレーターは、競争入札を通じてブラックスタート機能を調達します。他の管轄区域も、おそらくERCOTほど構造化されていないものの、何らかの競争的な調達を行っているようです。これらには、オンタリオ州の独立系電気事業者だけでなく、アルバータ電気事業者も含まれます。どちらも、ニュージーランドやERCOTと同様の長期的な「提案依頼」アプローチを使用しています。

ドイツのグリッドでの最初のブラックスタートは、2017年にシュウェリンのWEMAGバッテリー発電所で、分離された隔離されたグリッドでテストされました。 WEMAGバッテリープラントは、大規模な混乱または停電の後に電力グリッドを復元できることを証明しました。

ブラックスタートソースの制限

すべての発電プラントがブラックスタート機能に適しているわけではありません。風力タービンは、必要なときに風が利用できない場合があるため、ブラックスタートには適していません。風力タービン、ミニ水力発電、またはマイクロ水力発電プラントは、多くの場合、ネットワークを再起動する電力を供給できない誘導発電機に接続されます。ブラックスタートユニットは、長い伝送ラインの大きな無効負荷で動作する場合にも安定している必要があります。多くの高電圧直流（HVDC）コンバータステーションは、負荷側のシステムからの転流電力を必要とするため、「デッド」システムで動作することもできません。パルス幅変調（PWM）ベースの電圧源コンバーターHVDCスキームには、このような制限はありません。